半导体工艺基础 第九章续 表面钝化.ppt

第九章续 表面钝化 西南科技大学理学院 2013.4. 15 * * §9.1 概述 一、钝化膜及介质膜的重要性和作用 1、改善半导体器件和集成电路参数 2、增强器件的稳定性和可靠性 二次钝化可强化器件的密封性，屏蔽外界杂质、离子电荷、水汽等对器件的有害影响。 3、提高器件的封装成品率 钝化层为划片、装架、键合等后道工艺处理提供表面的机械保护。 4、其它作用 钝化膜及介质膜还可兼作表面及多层布线的绝缘层。 二、对钝化膜及介质膜性质的一般要求 1、电气性能要求 （1）绝缘性能好。介电强度应大于5MV/cm； （2）介电常数小。除了作MOS电容等电容介质外，介电常数愈小，容性负载则愈小。 （3）能渗透氢。器件制作过程中，硅表面易产生界面态，经H2 退火处理可消除。 （4）离子可控。在做栅介质时，希望能对正电荷或负电荷进行有效控制，以便制作耗尽型或增强型器件。 （5）良好的抗辐射。防止或尽量减小辐射后氧化物电荷或表面能态的产生，提高器件的稳定性和抗干扰能力。 2、对材料物理性质的要求 （1）低的内应力。高的张应力会使薄膜产生裂纹，高的压应力使硅衬底翘曲变形。 （2）高度的结构完整性。针孔缺陷或小丘生长会有造成漏电、短路、断路、给光刻造成困难等技术问题。 （3）良好的粘附性。对Si、金属等均有良好的粘附性。 3、对材料工艺化学性质的要求 （1）有良好的淀积性质，有均匀的膜厚和台阶覆盖性能，适于批量生产。 （2）便于图形制作。能与光刻，特别是细线条光刻相容；应有良好的腐蚀特性，包括能进行各向异性腐蚀，与衬底有良好的选择性。 （3）可靠性好。包括可控的化学组分，高的纯度，良好的抗湿性，不对金属产生腐蚀等。 三、钝化膜及介质膜的种类 钝化膜及介质膜可分为无机玻璃及有机高分子两大类。 无 机 玻 璃 氧化物 SiO2 , Al2O3 , TiO2 , ZrO2 , Fe2O3 , SixOy (SIPOS) 硅酸盐 PSG , BSG , BPSG 氮化物 Si3N4 , SixNyH , BN , AlN , GaN 氢化物 a-Si:H 有机 高分 子 合成树脂 聚酰亚胺类，聚硅氧烷类 合成橡胶 硅酮橡胶 §9.2 Si-SiO2系统 一、SiO2膜在半导体器件中的主要用途 1、SiO2膜用作选择扩散掩膜 利用SiO2对磷、硼、砷等杂质较强的掩蔽能力，通过在硅上的二氧化硅层窗口区向硅中扩散杂质，可形成PN结。 2、SiO2膜用作器件表面保护层和钝化层 （1）热生长SiO2电阻率在1015?.cm以上，介电强度不低于5?106 V/cm,具有良好的绝缘性能，作表面一次钝化； （2）芯片金属布线完成后，用CVD-SiO2作器件的二次钝化，其工艺温度不能超过布线金属与硅的合金温度。 3、作器件中的绝缘介质（隔离、绝缘栅、多层布线绝缘、电容介质等） 4、离子注入中用作掩蔽层及缓冲介质层 二、Si-SiO2 系统中的电荷 1、可动离子电荷Qm 常规生长的热氧化SiO2中一般存在着1012~1014cm-2的可动正离子，由碱金属离子及氢离子所引起，其中以Na+的影响最大。Na+来源丰富且SiO2几乎不防Na+，Na+在SiO2的扩散系数和迁移率都很大。在氧化膜生长过程中，Na+倾向于在SiO2表面附近积累，在一定温度和偏压下，可在SiO2层中移动，对器件的稳定性影响较大。 （1）来源：任何工艺中（氧化的石英炉管、蒸发电极等）或材料、试剂和气氛均可引入可动离子的沾污。 （2）影响：可动正离子使硅表面趋于N型，导致MOS器件的阈值电压不稳定；导致NPN晶体管漏电流增大，电流放大系数减小。 （3）控制可动电荷的方法 （a）采用高洁净的工艺，采用高纯去离子水，MOS级的试剂，超纯气体，高纯石英系统和器皿，钽丝蒸发和自动化操作等。 （b）磷处理，形成PSG-SiO2以吸除、钝化SiO2中的Na+。 （c）采用掺氯氧化，以减小Na+ 沾污，并可起钝化Na+ 的作用。 2、Si-SiO2 界面陷阱电荷Qit（界面态） 指存在于Si-SiO2界面，能带处于硅禁带中，可以与价带或